一种基于FPGA的同步电动机励磁系统

摘要

本发明涉及一种基于FPGA的同步电动机励磁系统。其方案是：励磁控制器(5)与同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、A/D采样模块(9)和故障检测及保护模块(11)分别连接，整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)和转差频率检测模块(7)经过分流器(8)与同步电动机转子端连接，分流器(8)与A/D采样模块(9)连接，电压互感器(10)和电流互感器(12)的原边连接在定子断路器与同步电动机定子端相连的三相交流电源导线上，电压互感器(10)和电流互感器(12)的副边与A/D采样模块(9)连接；故障检测及保护模块(11)外接定子断路器；励磁控制软件嵌入在励磁控制器(5)中。本发明具有高集成度、高可靠性、低成本的特点。

主权项

一种基于FPGA的同步电动机励磁系统，其特征在于该系统包括电源模块(1)、同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、励磁控制器(5)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、分流器(8)、A/D采样模块(9)、电压互感器(10)、故障检测及保护模块(11)和电流互感器(12)；励磁控制器(5)与同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、A/D采样模块(9)和故障检测及保护模块(11)分别连接；电源模块(1)与同步电路模块(2)、串口通信模块(3)、整流桥模块(4)、励磁控制器(5)、灭磁回路模块(6)、转差频率检测模块(7)、A/D采样模块(9)和故障检测及保护模块(11)分别连接；串口通信模块(3)外接上位机；同步电动机、电源模块(1)、整流桥模块(4)和故障检测及保护模块(11)分别外接三相交流电源；整流桥模块(4)、灭磁回路模块(6)和转差频率检测模块(7)经过分流器(8)与同步电动机转子端连接；分流器(8)与A/D采样模块(9)连接；电压互感器(10)的原边和电流互感器(12)的原边连接在定子断路器与同步电动机定子端相连的三相交流电源导线上，电压互感器(10)的副边和电流互感器(12)的副边与A/D采样模块(9)连接；故障检测及保护模块(11)外接定子断路器；励磁控制软件嵌入在励磁控制器(5)中；所述的励磁控制器(5)集成在一片FPGA芯片中，由三相桥式整流触发单元(5.1)、串口通信单元(5.2)、PID控制单元(5.3)、A/D控制单元(5.4)、故障检测及保护单元(5.5)、灭磁控制单元(5.6)、投励控制单元(5.7)和频率检测单元(5.8)组成，励磁控制器(5)中的各个单元均用硬件描述语言Verilog HDL编程生成；三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端alfa[15..0]与PID控制单元(5.3)的输出端P_alfa[15..0]对应连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端QL与故障检测及保护单元(5.5)的输出端DF_QL连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端beta与灭磁控制单元(5.6)的输出端M_beta连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端QY与投励控制单元(5.7)的输出端T_QY连接，串口通信单元(5.2)的输出端KP[15..0]、KI[15..0]、KD[15..0]、GIVEN[15..0]和STATUS与PID控制单元(5.3)的输入端P_KP[15..0]、P_KI[15..0]、P_KD[15..0]、P_GIVEN[15..0]和P_SSATUS对应连接，A/D控制单元(5.4)的输出端P[11..0]与PID控制单元(5.3)的输入端P_P[11..0]连接，A/D控制单元(5.4)的输出端IQ[11..0]分别与PID控制单元(5.3)的输入端P_IQ[11..0]和故障检测及保护单元(5.5)的输入端DF_IQ[11..0]连接，故障检测及保护单元(5.5)的输出端DF_NM与灭磁控制单元(5.6)的输入端NM连接，灭磁控制单元(5.6)的输入端ZM与投励控制单元(5.7) 的输出端T_ZM连接，频率检测单元(5.8)的输出端TL与投励控制单元(5.7)的输入端T_TL连接；三相桥式整流触发单元(5.1)的输入端TA、TB和TC与同步电路模块(2)的输出端S_TA、S_TB和S_TC对应连接，三相桥式整流触发单元(5.1)的输出端TR1、TR2、TR3、TR4、TR5和TR6分别与整流桥模块(4)连接，串口通信单元(5.2)的输入端RXD和输出端TXD与串口通信模块(3)的输出端U_TX和输入端U_RX对应连接，A/D控制单元(5.4)的输入端DOUT与A/D采样模块(9)连接，A/D控制单元(5.4)的输出端DIN、SCLK和CS与A/D采样模块(9)连接，故障检测及保护单元(5.5)的输入端SY与故障检测及保护模块(11)连接，故障检测及保护单元(5.5)的输出端SEG[6..0]、FAULT与故障检测及保护模块(11)连接，灭磁控制单元(5.6)的输出端MJ与灭磁回路模块(6)的输入端G_MJ连接，频率检测单元(5.8)的输入端QZ与转差频率检测模块(7)的输出端F_QZ连接；所述的励磁控制软件的主流程是：S‑1，开始，进入S‑2；S‑2，判断同步电动机是否起动，若起动则进入S‑3，若未起动则返回S‑1；S‑3，接入灭磁回路(6)，进入S‑4；S‑4，检测同步电动机的转差频率，进入S‑5；S‑5，判断同步电动机起动是否超时，若超时则进入S‑6，若未超时则进入S‑7；S‑6，同步电动机起动超时报警，返回S‑2；S‑7，判断同步电动机转速是否达到亚同步转速，若达到则进入S‑8，若未达到则返回S‑4；S‑8，判断同步电动机是否停止，若停止则进入S‑13，若未停止则进入S‑9；S‑9，断开灭磁回路(6)，进入S‑10；S‑10，励磁控制器(5)输出触发脉冲，进入S‑11；S‑11，检测转子电流和定子功率因数，进入S‑12；S‑12，同步电动机的转子电流和定子功率因数PID调节，返回S‑8；S‑13，励磁控制器进入送推β时间逆变状态，进入S‑14；S‑14，判断送推β时间是否到达，若到达则进入S‑16，若未到达则进入S‑15；S‑15，励磁控制器(5)输出逆变脉冲，返回S‑14；S‑16，结束。